OA20395A - Séchoir à compartiments étagés maintenant une température différente à chaque étage. - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un dispositif de séchage électrique, compartimenté verticalement, délivrant une température différente à chaque étage par un processus de transfert de chaleur par convection forcée. Il s'agit d'un équipement électroménager à usage domestique, artisanal ou semi-industriel destiné à sécher les produits agricoles, les produits carnés et tout autre produit connexe. Le séchoir selon l'invention se compose essentiellement de deux parties : la chambre de chauffe (1) et la chambre de séchage (2). La chambre de chauffe (1) est équipée de dispositifs d'aspiration (7), de filtration (9), de chauffage (10) et de brassage d'air (8). La chambre de séchage (2) est compartimentée verticalement au moyen de clayettes perforées (3) servant à étaler le ou les produits à sécher. L'invention peut sécher simultanément différents types de produits à des températures et vitesses différentes.

Description

DESCRIPTION DE L’INVENTION

Séchoir à compartiments étagés maintenant une température différente à chaque étage

La présente invention qui s’inscrit dans le domaine de la déshydratation est un dispositif de séchage électrique, compartimenté de façon étagée et délivrant une température différente à chaque étage par un processus de transfert de chaleur par convection forcée d’air chaud.

Le système de séchage conforme à l’invention est un équipement électroménager à usage domestique, artisanal, semi-industriel ou industriel destiné à sécher les épices, les fruits, les graines, les feuilles, la viande, le poisson et tout autre produit connexe.

Le séchage est une technique de conservation ancienne remontant au moins à 12 000 avant J.-C., en Asie et au Moyen-Orient. C’est une méthode de conservation des aliments par déshydratation ou dessiccation. Il permet de ralentir la progression des bactéries, des levures et des moisissures en réduisant la quantité d'eau libre.

Le séchage peut se réaliser par différentes techniques : à l'air libre (action du vent, du soleil et de l'air), séchage forcé par circulation permanente d'air sec ou réchauffement de l'air de manière artificielle (onde infra rouge ou tout type de chauffage de l'air). Autrefois pratiquée de manière traditionnelle par l'évaporation, aujourd'hui des machines comme le déshydrateur et des techniques modernes comme la lyophilisation sont utilisées pour accélérer le processus.

Le principe du séchage à l’air implique deux types ou modes de transferts qui sont les suivants :

- le transfert d'énergie thermique, de l'environnement vers le liquide à évaporer ;

- le transfert de masse, de l'intérieur du solide vers sa surface, puis le passage en phase gazeuse. La vitesse du séchage est directement liée à la vitesse de ces deux transferts.

Le séchage peut être décomposé en trois phases, pouvant succéder à une phase d'induction préalable. Les trois phases de la cinétique de séchage sont les suivantes:

- première étape : phase de vitesse constante : la vitesse de séchage est constante et le liquide situé en surface du solide est évaporé. Pour cette phase, seules les conditions externes (surface de contact, pression partielle du liquide, température, volatilité du liquide) ont une influence primordiale. Le transfert thermique s'effectue entre la phase gazeuse et la surface liquide et le transfert massique se fait de la même manière, mais dans l'autre sens ;

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- deuxième étape : phase de vitesse décroissante rapide : la vitesse diminue avec le temps, car la quantité de liquide a diminué à tel point que des zones sèches apparaissent à la surface du solide. Comme le transfert de masse et thermique ont lieu via la surface de contact gaz-liquide et que cette dernière diminue, la vitesse diminue de manière proportionnelle.

- troisième étape : phase de vitesse décroissante lente : la vitesse de séchage diminue encore avec le temps, car la surface du solide est sèche et le liquide doit migrer de l'intérieur du solide jusqu'à sa surface. La chaleur passe par la surface du solide et est conduite par le solide jusqu'au liquide situé dans les interstices. La force motrice limitante est en général la conduction thermique par le solide.

Les systèmes de séchage peuvent être regroupés en quatre grands types selon la source de chaleur et le mode de propagation de cette chaleur. Ce sont :

- le séchage tout solaire à convection naturelle : c’est un système ne faisant appel qu'à l'usage de l'énergie solaire pour extraire l'eau du produit. Dans cette famille, on trouve:

* le séchage traditionnel à l'air libre (sans équipement) : on se contente simplement de poser le produit à sécher au soleil. Le rayonnement solaire augmente la température du produit. Les mouvements de l'air et le vent enlèvent l'eau du produit affluant à sa surface. On l'appelle séchage au soleil.

* le séchage solaire direct (les rayons solaires frappent directement les produits à sécher, après avoir traversé une couverture transparente) : le produit est placé sous une couverture transparente (vitre, feuille de plastique). Le processus est identique au cas précédent: mais l'air et le produit sont plus chauds du fait de l'effet de serre (« piégeage » de la chaleur du soleil), et des faibles mouvements de l'air dans l'enceinte de séchage. Si ces mouvements sont trop faibles, il n'y a pas séchage car l'eau n'est pas évacuée: il y a cuisson. Ceci arrive souvent avec les séchoirs mal conçus où on privilégie la température sans favoriser les mouvements d'air * le séchage solaire indirect (un air chaud est envoyé sur le produit, qui n'est pas exposé au soleil) : l'air est chauffé par un capteur, qui peut être distinct de l'enceinte de séchage. Le produit reste à l'ombre, isolé du rayonnement solaire. Il n'est donc pas réchauffé par le soleil. Le séchage se produit par échange d'eau avec l'air chaud. Cf. le schéma page ci-contre * le séchage solaire mixte (combinaison des deux systèmes précédents; la chambre de séchage permet aussi une exposition directe du produit au soleil).

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- le séchage tout solaire à convection forcée : ce système permet d'accélérer l'extraction de la vapeur d'eau. L'énergie solaire fournit l'énergie thermique de séchage; une source d'énergie mécanique est utilisée pour actionner un ventilateur destiné à propulser l'air d'entraînement. On peut utiliser soit un moteur à combustion soit un moteur électrique.

- le séchage tout combustible fossile : l'énergie solaire n'est plus utilisée, même en appoint; un combustible fournit seul l'énergie thermique nécessaire au chauffage de l'air. Seul le gaz (butane, propane...), convenablement brûlé, peut être utilisé directement pour réchauffer l'air d'entraînement. Pour les autres combustibles (bois, résidus agricoles, biogaz, fuel, charbon minier...), un échangeur de chaleur gaz de combustion/air d'entraînement doit être utilisé.

- le séchage hybride solaire/autre énergie : l'énergie solaire est combinée avec une autre source d'énergie pour pallier aux variations de l'ensoleillement (période nocturne, météorologie défavorable,...). On peut aussi concevoir un séchoir avec un système de récupération d'énergie:

Un séchoir est une installation pouvant être un lieu, un bâtiment, une structure, ou encore un appareil spécifique, destinées à faire sécher des produits de la cueillette ou de la chasse, des produits agricoles, des objets ou des matériaux ne pouvant être conservés à l'air libre ou des produits pouvant moisir en cas de stockage humide tel que le linge ou devant être sec avant utilisation comme les briques de terre cuite.

Le Centre Ecologique Albert Schweitzer (CEAS) décrit un séchoir tunnel qui est un séchoir à séchage direct prévu pour sécher les fruits, les légumes et les feuilles. Il est constitué d’une coque métallique en forme de V ouvert, posée sur des pieds. La coque est recouverte de plastique traité contre les UV soutenue par des arceaux. Sa capacité est de 12 kg de produits frais et la durée de séchage est de l’ordre de 2 à 3 jours. Cependant, ce séchoir présente l’inconvénient de dépendre de l’ensoleillement et des intempéries climatiques telles que la pluie et les vents. De plus, il ne dispose que d’un seul plateau pour étaler le produit à sécher et ne peut donc sécher qu’un seul produit à la fois.

La demande 1558218 déposée par le Commissariat de l’Energie Atomique le 10 mars 2017 intitulé « Séchoir solaire pour produits agricoles ou marins » présente un séchoir constitué d’une chambre de séchage comprenant des clayettes disposées parallèlement les unes par rapport aux autres et destinées à supporter les produits agricoles ou marins à sécher. La chambre de séchage possède une entrée de fluide de séchage opposée à une sortie de fluide de séchage et séparées par les clayettes, de façon à placer les clayettes le long du flux du fluide de séchage à l’intérieur

[4] de la chambre de séchage. Les clayettes sont positionnées de façon à séparer le flux du fluide de séchage en provenance de l’entrée en une pluralité de sous-flux, un sous flux circulant parallèlement entre deux clayettes. La chambre de séchage est reliée à un capteur solaire configuré pour chauffer le fluide de séchage avant son entrée dans la chambre de séchage. Bien que compartimenté, ce séchoir présente toutefois, l’inconvénient majeur d’induire la même température dans tous les compartiments et donc de sécher tous les produits à la même vitesse au détriment de leur spécificité intrinsèque.

La demande P/2017000469 intitulée « Séchoir solaire 160 low cost pour plantes aromatiques et médicinales » déposée le 12 avril 2019 par Ahmed Ridha El OUEDERNI décrit quant à elle un sécheur solaire par convection naturelle ou forcée pour plantes aromatiques et médicinales ou tout produit agroalimentaire nécessitant un séchage naturel sans risque d’endommager la qualité du produit. Il s’agit en fait d’un micro-séchoir solaire qui développe une température inférieure à 50°C et sans contact direct du produit avec le soleil. Tout comme le premier séchoir décrit, ce dernier présente l’inconvénient de dépendre des aléas climatiques et semble plus indiqué pour la recherche.

Le but de la présente invention est de concevoir un dispositif de séchage totalement indépendant du soleil et des autres intempéries climatiques, capable de sécher à la fois plusieurs produits selon leurs spécificités.

Conformément à l’invention, ce but est atteint avec le séchoir à compartiments étagés fonctionnant par transfert convectif forcé de chaleur, qui est un dispositif de séchage électrique, compartimenté verticalement, délivrant une température différente à chaque étage par un processus de transfert de chaleur par convection forcée d’air chaud. L’invention est en d’autres termes un équipement électroménager à usage domestique, destiné à sécher les produits agricoles, les produits carnés et tout autre produit connexe.

Le séchoir selon l’invention se compose essentiellement de deux parties : la chambre de chauffe et la chambre de séchage. Il est branché au secteur via une prise.

La chambre de chauffe située dans la partie inférieure du dispositif de séchage est thermostatée et équipée d’un dispositif servant à aspirer, à filtrer et à chauffer l’air ambiant ainsi qu’un dispositif de brassage de l’air chauffé qui assure le transfert convectif de l'air chaud vers la

[5] chambre de séchage. Le dispositif de brassage provoque un transfert ascensionnel de l'air chaud par convection forcée, perpendiculairement à la surface des clayettes.

La chambre de séchage qui surmonte la chambre de chauffe est compartimentée verticalement au moyen de clayettes perforées, analogues à des tamis. Chaque clayette servant à étaler un produit à sécher. Cette chambre est munie d’une ouverture située sur son toit permettant la sortie de l’air usé, c’est-à-dire chargé d’humidité.

Le dispositif de brassage du sécheur selon l’invention est assez puissant pour impulser verticalement l’air chaud et humide, d’une clayette à l’autre tout en évitant qu’il se pose sur le produit de la clayette ascendante. Ainsi, le même débit d’air circulant au travers des mailles ou perforations des clayettes enregistre une chute constante de température comprise entre 1,5°C et 2,5°C, permettant ainsi de sécher les produits à différents stades et à des vitesses et températures différentes d’une clayette à l’autre.

Dans son fonctionnement, le dispositif conforme à l’invention peut sécher différents types de produits étalés en couche mince sur les clayettes en tenant compte de leurs différentes spécificités selon le niveau d’étage occupé par la clayette, la température dans la chambre de séchage diminuant du bas vers le haut.

Le séchoir selon l’invention présente de nombreux avantages : il est capable de sécher simultanément des produits différents avec des taux d’humidité préférentiels, son fonctionnement et son efficacité sont indépendants du soleil et autres aléas climatiques et donc peut être utilisé en toute saison. Il constitue un équipement ménager complémentaire pour la cuisine.

Les autres caractéristiques de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée en rapport avec les figures 1, 2 et 3 des deux planches qui illustrent un exemple de réalisation non limitatif de l’invention. La figure 1 présente une vue générale de l’invention et les figures 2 et 3 représentent respectivement l’intérieur de la chambre de chauffe et une clayette.

L’invention est un séchoir étagé à transfert convectif forcé de chaleur. C’est un dispositif de séchage électrique, compartimenté verticalement qui délivre une température différente à chaque étage par un processus de transfert de chaleur par convection forcée d’air chaud. Elle constitue un équipement électroménager à usage domestique, destiné à sécher les produits agricoles, les produits carnés et tout autre produit connexe.

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Le séchoir selon l’invention se compose essentiellement de deux parties : la chambre de chauffe (1 et figure 2) et la chambre de séchage (2). Il est branché au secteur grâce à une prise électrique (6).

La chambre de chauffe (1) située dans la partie inférieure du dispositif de séchage est équipée d’un dispositif d’aspiration (7), de filtration (9) et de chauffage (10) de l’air ambiant ainsi que d'un système de brassage ou de refoulement (8). L’air ambiant est donc aspiré, filtré et chauffé avant d’être refoulé verticalement par convection forcé vers la chambre de séchage.

Dans un mode de réalisation préféré et non limitatif, les dispositifs d’aspiration (7) et de refoulement ou de brassage (8) de l’air ambiant sont des hélices selon les formes des pales et le système de chauffage (10) est une résistance thermique thermostatée.

Dans un mode de réalisation non limitatif, la chambre de chauffe (1) est une caisse carrée en bois, de 48 cm de côté avec une hauteur de 40 cm.

La chambre de séchage (2) qui surmonte la chambre de chauffe (1) est compartimentée au moyen de clayettes perforées (3), analogues à des tamis. Sa hauteur dépend du nombre de clayettes. Elle peut contenir un nombre minimal de cinq (5) clayettes (3), chaque clayette (3) servant à étaler un produit à sécher. Cette chambre est munie d’une ouverture (4) située sur son toit (5) permettant la sortie de l’air usé, c’est-à-dire chargée d’humidité.

Dans un mode de réalisation préféré non limitatif, une clayette (3) analogue à un tamis est constituée d’une grille carrée en acier inoxydable garnie d’une armature carrée en bois ayant 1,5 cm d’épaisseur et surmontée d’un autre support également en bois de 3,5 cm d’épaisseur en guise d’enjoliveur, avec un repli de bord de 1 cm lui permettant de s’emboîter avec une clayette ascendante ou descendante. La clayette perforée (3) possède 48 cm de côté interne et 51 cm de côté externe.

Le dispositif de refoulement (8) assure le transfert ascensionnel de l’air chaud vers la chambre de séchage (2) perpendiculairement à la surface des clayettes (3), d’une clayette (3) à l’autre par un processus de transfert par convection forcée. Ce dispositif de brassage ou de refoulement (8) est assez puissant pour impulser verticalement l’air chaud et humide, d’une clayette (3) à l’autre sans retour de l'air humide. Ainsi, le même débit d’air circulant au travers des mailles ou perforations des clayettes (3) et séchant un produit enregistre une chute constante de température, permettant ainsi de sécher les produits à différents stades et à des vitesses

[7] différentes selon le niveau occupé par la clayette (3). Etant donné que la température dans la chambre de séchage décroît du bas vers le haut.

Dans le mode de réalisation décrit, lorsque la température est réglée à 47,3°C dans la chambre de chauffage, elle diminue régulièrement au niveau des cinq différentes clayettes selon 5 la séquence suivante : 44,8°C ; 42,6°C ; 40,8°C ; 39,2°C ; 37,5°C.

Dans son mode de fonctionnement, le dispositif conforme à l’invention est capable de sécher différents types de produits étalés en couche mince sur les clayettes (3) en tenant compte de leurs différentes spécificités.

Claims (7)

1. REVENDICATIONS

   1 - Dispositif de séchage électrique caractérisé en ce que ce dispositif est compartimenté verticalement et maintient une température différente à chaque étage de séchage par un processus de transfert d’air chaud par convection forcé pour sécher les épices, les fruits, les graines, les feuilles, la viande, le poisson et tout autre produit connexe.
2. 2- Dispositif de séchage à compartiments étagés maintenant une température différente à chaque étage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il se compose d’une chambre de chauffe (1) et d’une chambre de séchage (2).
3. 3- Dispositif de séchage à compartiments étagés maintenant une température différente à chaque étage selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la chambre de chauffe (1) est équipée de dispositifs d’aspiration (7), de filtration (9), de chauffage d’air (10) et de refoulement l’air chaud (8).
4. 4- Dispositif de séchage à compartiments étagés maintenant une température différente à chaque étage selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la chambre de séchage (2) est compartimentée verticalement au moyen de clayettes (3) perforées, servant à exposer ou à étaler le produit à sécher.
5. 5- Dispositif de séchage à compartiments étagés maintenant une température différente à chaque étage selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que le dispositif de refoulement d’air chaud (8) entraîne un transfert ascensionnel de l’air chaud perpendiculairement à la surface des clayettes (3).
6. 6- Dispositif de séchage à compartiments étagés maintenant une température différente à chaque étage selon les revendications 1, 2 et 4, caractérisé en ce que chaque clayette (3) reçoit une température différente et qui diminue du bas vers le haut.
7. 7- Dispositif de séchage à compartiments étagés maintenant une température différente à chaque étage selon toutes les revendications précédentes, caractérisé en ce que le séchage de différents produits peut se faire simultanément à différents stades et à des vitesses et températures différentes selon leurs spécificités.